Hàn siêu âm và hàn điện trở cho các cụm tiếp xúc điện và thanh cái

Hàn siêu âm kết hợp các kim loại dẫn điện thông qua rung động cơ học tần số cao-với khả năng gia nhiệt số lượng lớn hạn chế, trong khi hàn điện trở tạo ra vùng nhiệt hạch cục bộ thông qua dòng điện và điện trở tiếp xúc. Đối với các cụm tiếp xúc điện và thanh cái, việc lựa chọn phụ thuộc vào sự kết hợp vật liệu, độ dày mặt cắt, mức tiếp xúc nhiệt cho phép, độ bền cắt yêu cầu và điện trở của mối nối hoàn thiện.

 

Quyết định kỹ thuật không chỉ đơn giản là "quy trình hàn nào mạnh hơn". Mối nối phải duy trì điện trở thấp, độ bền cơ học được kiểm soát, liên kết luyện kim ổn định, độ chính xác về kích thước và chất lượng sản xuất có thể lặp lại sau khi dập và lắp ráp.

 

 

 

Liên kết nhiệt độ-thấp cho các cụm tiếp điểm AgSnO₂-Cu

Hàn siêu âm đặc biệt có thể áp dụng khi tiếp điểm điện có chứa hợp kim bạc và chất nền là đồng. Cụm hàn tiếp xúc siêu âm có thể tạo ra liên kết ở trạng thái rắn-mà không cần toàn bộ bề mặt tiếp xúc phải đạt đến nhiệt độ nóng chảy của vật liệu cơ bản.

 

Các ứng dụng điển hình bao gồm:

AgSnO₂-Các cụm tiếp xúc Cu yêu cầu hạn chế tiếp xúc nhiệt với hợp kim bạc.
Cu-Kết nối dây bện Cu trong đó sự biến dạng của sợi phải được kiểm soát.
Tấm đồng mỏng, ngăn xếp giấy bạc, thiết bị đầu cuối và dây dẫn linh hoạt.
Các kết nối điện tử-pin và nguồn nơi nhiệt độ quá cao có thể làm hỏng lớp cách nhiệt lân cận.
Cầu tiếp xúc điện yêu cầu điện trở tiếp xúc ổn định sau khi nối.

Cơ chế hàn kết hợp áp suất kẹp được kiểm soát với rung động siêu âm. Các oxit và chất gây ô nhiễm bề mặt bị phá vỡ tại bề mặt tiếp xúc, trong khi biến dạng dẻo cục bộ làm tăng diện tích tiếp xúc kim loại thực.

Đối với chất lượng sản xuất, các biến quan trọng không bị giới hạn ở tần số siêu âm. Biên độ hàn, lực hàn, năng lượng, thời gian chu kỳ, độ cứng vật liệu, diện tích chồng chéo và tình trạng bề mặt phải được kiểm soát như một cửa sổ quy trình.

 

AgSnO₂-Các biến thể liên kết đồng

Biến	Xem xét kỹ thuật	Trọng tâm chất lượng điển hình
Vật liệu tiếp xúc AgSnO₂	Hợp kim tiếp xúc điện oxit bạc-thiếc{1}}	Tránh suy thoái nhiệt quá mức
Chất nền đồng	C1100 / đồng có độ dẫn điện cao-	Duy trì độ dẫn điện và độ ổn định kích thước
Độ dày khớp	Cấu trúc lớp và tấm-mỏng	Ngăn ngừa biến dạng quá mức
Lực hàn	Xác định áp suất giao diện	Liên kết ổn định mà không bị nghiền nát
Biên độ siêu âm	Kiểm soát ma sát và biến dạng giao diện	Tránh hàn quá-
Năng lượng hàn	Tương quan với tính nhất quán liên kết	Thiết lập cửa sổ quy trình thông qua DOE
Điện trở	Cho biết chất lượng đường dẫn-hiện tại	Xác minh khả năng kháng thuốc dựa trên 100% hoặc lấy mẫu{1}}
Lực cắt	Cho biết tính toàn vẹn cơ học	Tương quan dữ liệu thử nghiệm phá hủy với các thông số mối hàn

 

 

 

Hàn điện trở sử dụng dòng điện đi qua phôi để tạo ra nhiệt Joule cục bộ. Nhiệt sinh ra ở bề mặt có liên quan gần đúng đến:

 

Q=I²Rt

 

trong đó I là dòng điện hàn, R là điện trở và t là thời lượng dòng điện.

Điều này làm cho lực điện cực, dòng điện, thời gian hàn, điện trở vật liệu và hình dạng tiếp xúc có liên quan trực tiếp đến sự hình thành mối hàn.

Đối với các bộ phận được dập dày hơn, hàn điểm điện trở có thể tạo ra một vùng nhiệt hạch xác định với độ xuyên thấu lớn hơn nhiều quy trình nối trạng thái rắn. Điều này làm cho nó phù hợp với các điểm tiếp xúc bằng đồng hàn điểm điện trở, cầu điện có tem, thiết bị đầu cuối và các bộ phận dẫn điện nhiều lớp.

 

Hàn điện trở linh kiện đồng C1100

Đồng đưa ra thách thức hàn-điện trở cụ thể vì điện trở suất của nó thấp và độ dẫn nhiệt cao. Do đó, có thể cần một dòng điện lớn để tạo ra đủ nhiệt cục bộ.

 

Kỹ thuật sản xuất thường tập trung vào:

Hình dạng điện cực và diện tích tiếp xúc.
Độ ổn định lực điện cực.
Hàn-độ lặp lại hiện tại.
Đặc điểm tăng giảm hiện tại.
Độ dày của tấm và xếp chồng lên nhau-.
Quá trình oxy hóa và ô nhiễm bề mặt.
Sự mài mòn điện cực.
Đường kính nugget và độ xuyên thấu.
Sau{0}}điện trở hàn.
Thử nghiệm cắt phá hủy hoặc bóc vỏ.

 

Cầu tiếp xúc hàn điện trở không được chỉ đủ tiêu chuẩn thông qua kiểm tra trực quan. Sự hình thành hạt hàn, độ bền cơ học, điện trở và chế độ hỏng hóc cần phải tương quan với cửa sổ quy trình hàn.

 

Yêu cầu đánh giá và báo giá DFM miễn phí

 

 

Vật liệu tiếp xúc đồng C1100 và AgSnO₂

Sự kết hợp vật liệu xác định liệu nhiệt đầu vào hay biến dạng cơ học là hạn chế kỹ thuật chủ yếu.

 

tham số	Hàn siêu âm	Hàn điện trở
Cơ chế liên kết sơ cấp	Liên kết cơ học ở trạng thái rắn-	Điện trở-tạo ra hệ thống sưởi cục bộ
tan chảy vật liệu số lượng lớn	Bình thường tránh	Vùng hợp nhất thường được hình thành
Khu vực-bị ảnh hưởng nhiệt	Tương đối hạn chế	Nhiệt độ đỉnh cao hơn nhưng cục bộ hơn
Tấm đồng mỏng	Rất phù hợp	Phù hợp với thông số tối ưu
Bện đồng	Rất phù hợp	Khó khăn hơn đối với cấu trúc sợi-mạnh
Đồng dập dày	Ứng dụng-phụ thuộc	Rất phù hợp
Tiếp xúc AgSnO₂	Thích hợp khi phải hạn chế tiếp xúc với nhiệt	Có thể với đầu vào nhiệt được kiểm soát
Mỏ hàn	Không phải là tính năng đánh giá chính	Đặc tính chất lượng mối hàn chính-
Yêu cầu điện cực	Hệ thống sừng/đe	Yêu cầu điện cực
mòn điện cực	Độ mòn dụng cụ phụ thuộc vào vật liệu và biên độ	Biến sản xuất quan trọng
Xác nhận điển hình	Cắt + điện trở + luyện kim	Nugget + cắt/bóc + điện trở
Tối ưu hóa quy trình	Lực + biên độ + năng lượng + thời gian	Dòng điện + lực + thời gian + hình học điện cực

 

Dây bện đồng-đến-đồng

Dây bện bằng đồng có vấn đề liên kết khác với tấm kim loại được đóng dấu. Các sợi riêng lẻ có tiết diện-và lớp oxit nhỏ, trong khi lượng nhiệt đưa vào quá mức có thể gây ra hiện tượng ủ cục bộ hoặc biến dạng không mong muốn.

Hàn siêu âm có thể cố định nhiều sợi đồng vào một đầu cuối đồng trong khi vẫn giữ được vùng chịu ảnh hưởng nhiệt tương đối nhỏ gọn.

 

Mục tiêu kỹ thuật là đạt được:

Điện trở thấp + cường độ kéo/cắt đủ + độ cố kết sợi được kiểm soát.

Do đó, thông số kỹ thuật sản xuất phải xác định điện trở chấp nhận được và chế độ hư hỏng cơ học thay vì chỉ dựa vào hình thức mối hàn.

 

 

Một kết nối điện hàn có hai chức năng độc lập:

Mang dòng điện với tổn thất điện được kiểm soát.
Chịu được tải trọng cơ học trong quá trình lắp ráp và bảo trì.

Mối nối có thể có độ bền cơ học chấp nhận được trong khi có điện trở quá mức. Ngược lại, mối nối có điện trở suất thấp có thể không đủ độ bền cơ học.

 

Đo điện trở

Phép đo Kelvin bốn dây-được ưu tiên khi điện trở mục tiêu đủ thấp đến mức điện trở dây dẫn và điện trở tiếp xúc sẽ ảnh hưởng đến phép đo.

Hệ thống kiểm tra phải kiểm soát:

Kiểm tra hiện tại.
Vị trí đầu dò.
Hướng đo.
Áp lực tiếp xúc.
Nhiệt độ.
Thời gian ổn định.
Tần số lấy mẫu.

Đối với các kết nối đồng-có dòng điện cao, giá trị điện trở phải tương quan với hình dạng của dây dẫn và diện tích mang dòng-hiệu dụng thay vì được hiểu là một số tách biệt.

 

Kiểm tra cắt và kéo

Xác nhận cơ học có thể bao gồm:

Thử nghiệm cắt vạt-.
Kết thúc quá trình thử nghiệm.
Kiểm tra bóc cho các cấu trúc lớp.
Kiểm tra độ bền kéo của thiết bị đầu cuối.
Phân tích mặt cắt ngang{0}}có tính phá hủy.

Chế độ lỗi cung cấp thông tin bổ sung. Một vết nứt xuyên qua vật liệu gốc cho thấy một điều kiện quy trình khác với sự phân tách bề mặt.

 

 

 

Kiểm soát quy trình IATF 16949 cho các liên hệ hàn

Đối với các bộ phận tiếp xúc điện của ô tô, hàn phải được coi là một quy trình đặc biệt được kiểm soát chứ không phải là hoạt động lắp ráp riêng biệt.

Một kế hoạch kiểm soát sản xuất có thể bao gồm:

Xác minh vật liệu đến.
Kiểm tra kích thước CMM.
giám sát quá trình{0}}đóng dấu.
Giám sát thông số mối hàn.
Kiểm tra tình trạng điện cực hoặc còi.
Thí nghiệm điện trở.
Xác nhận lực cắt-.
Kiểm tra kim loại.
Truy xuất nguồn gốc theo lô hoặc lô sản xuất.
MSA và thước đo R&R.
SPC cho các kích thước quan trọng và đặc tính mối hàn.

Để nộp PPAP Cấp 3, nhà cung cấp có thể cần thiết lập mối quan hệ được ghi lại giữa DFMEA → PFMEA → Kế hoạch kiểm soát → Hướng dẫn công việc → hồ sơ kiểm tra → nghiên cứu năng lực → kết quả xác nhận.

 

Kiểm tra CMM và Kiểm soát kích thước ± 0,01 mm

Cụm hàn phải duy trì khả năng tương thích về kích thước với công tắc tơ phía sau, rơle, cầu chì, thiết bị đóng cắt hoặc cụm thanh cái.

Tùy thuộc vào hình dạng sản phẩm, các kích thước quan trọng có thể bao gồm:

Liên hệ-vị trí trung tâm.
Đường kính lỗ.
Độ phẳng của thiết bị đầu cuối.
Vị trí hàn.
Chiều cao liên lạc.
Góc uốn cong.
Chiều dài tổng thể.
Độ dày tấm đồng.

Đối với các bộ phận được đóng dấu chính xác, các kích thước đã chọn có thể được kiểm soát đến ±0,01 mm, tùy thuộc vào bản vẽ sản phẩm thực tế và mức dung sai chức năng-.

 

 

Nhà cung cấp cầu tiếp xúc hàn phải được đánh giá dựa trên dây chuyền sản xuất hoàn chỉnh thay vì chỉ dựa vào khả năng hàn.

 

Mục đủ điều kiện	Xác minh được đề xuất
Nguyên liệu thô	Giấy chứng nhận vật liệu và xác minh thành phần
Dập	Bản ghi quy trình-công cụ và kiểm tra kích thước
Hàn	Cửa sổ tham số và xác thực quy trình
Hiệu suất điện	Đo điện trở-thấp
Hiệu suất cơ học	Kiểm tra cắt/kéo/bóc
Luyện kim	Kiểm tra-mặt cắt ngang và kính hiển vi
Độ chính xác kích thước	Kiểm tra CMM
Truy xuất nguồn gốc	Hồ sơ sản xuất cấp lô-
Chất lượng ô tô	Hệ thống IATF 16949
Gói gửi	Khả năng PPAP cấp 3
Tuân thủ môi trường	Tài liệu RoHS/REACH
Khả năng xử lý	SPC / Cp / Cpk nếu được chỉ định

 

Một nhà cung cấp có khả năng dập nhưng không thể so sánh các thông số mối hàn với độ bền và kết quả cơ học sẽ tạo ra công việc đòi hỏi trình độ bổ sung cho người mua. Mô hình tìm nguồn cung ứng được ưu tiên là mô hình trong đó việc dán tem, nối, kiểm tra, truy xuất nguồn gốc và tài liệu PPAP được quản lý trong một hệ thống sản xuất được kiểm soát.

 

 

Hàn siêu âm: Đồng mỏng, bện và tiếp xúc nhiệt thấp

Lựa chọn hàn siêu âm khi thiết kế yêu cầu:

Hợp nhất bện đồng.
Tấm dẫn điện mỏng.
Sưởi ấm số lượng lớn hạn chế.
Kết nối trạng thái-rắn.
AgSnO₂-đến-nối tiếp điểm đồng.
Vùng kết nối điện nhỏ gọn.
Kiểm soát biến dạng của vật liệu dẫn điện mỏng.

Hàn điện trở: Các thành phần được đóng dấu dày và các mối hàn được xác định

Lựa chọn hàn điện trở khi thiết kế yêu cầu:

Các thành phần đồng được dập dày.
Đầu vào nhiệt cục bộ cao.
Cốm hợp nhất được xác định.
Thông lượng sản xuất cao.
Định vị điện cực lặp lại.
Kết cấu của cầu tiếp xúc đóng dấu.

Quyết định cuối cùng của quy trình phải dựa trên sự sắp xếp-vật liệu, độ dày, hình học của mối nối, mục tiêu điện trở, yêu cầu tải-cơ học, độ nhạy nhiệt và khối lượng sản xuất.

 

Tải xuống Liên hệ Thông số kỹ thuật thiết kế lắp ráp

 

 

Một cụm tiếp xúc điện đủ tiêu chuẩn phải có ba dạng bằng chứng bổ sung.

 

Xác nhận điện

Đo đường dẫn dòng điện hoàn chỉnh và thiết lập phạm vi điện trở chấp nhận được trong các điều kiện thử nghiệm xác định.

Đối với các mối nối đồng có điện trở suất thấp-, bản thân phương pháp đo sẽ trở thành một phần của thông số kỹ thuật.

 

Xác thực cơ học

Thử nghiệm cắt hoặc kéo xác định xem mối nối có thể chịu được lực lắp ráp, độ rung, chu kỳ nhiệt và tải trọng dịch vụ hay không.

Tiêu chí chấp nhận phải xác định cả lực tối thiểu và dạng hư hỏng có thể chấp nhận được.

 

Xác nhận kim loại

Phân tích chéo-có thể xác định:

Liên kết không đầy đủ.
Khoảng trống.
Vết nứt.
Biến dạng quá mức.
Độ xuyên thấu của mối hàn không đủ.
Các vùng bị ảnh hưởng-nhiệt độ quá cao.
Hình học nugget không đều.

 

 

 

Trước khi đưa cụm tiếp điểm hàn vào sản xuất hàng loạt, bản vẽ kỹ thuật và thông số kỹ thuật của nhà cung cấp phải xác định:

 

Chất liệu: C1100, C2680, AgSnO₂ hoặc hợp kim bạc được chỉ định.
Độ dày vật liệu: Độ dày thực tế của tấm hoặc dây dẫn.
Cấu hình khớp: Nối, đối đầu, chồng lên nhau, bện-với-thiết bị đầu cuối hoặc tiếp xúc-với-nhà cung cấp dịch vụ.
Quy trình hàn: Hàn siêu âm hoặc hàn điện trở.
Yêu cầu về điện: Điện trở khớp tối đa cho phép.
Yêu cầu cơ học: Lực cắt hoặc lực kéo tối thiểu.
Yêu cầu về kích thước: Kích thước và dung sai quan trọng, chẳng hạn như ± 0,01 mm nếu có.
Điều kiện bề mặt: Yêu cầu mạ, oxy hóa, ô nhiễm và làm sạch.
Phương pháp kiểm tra: Đo điện trở Kelvin, CMM, đo kim loại và thử nghiệm phá hủy.
Hệ thống chất lượng: IATF 16949 áp dụng các yêu cầu cung cấp ô tô.
Đệ trình: PPAP Cấp 3 nếu khách hàng chỉ định.
Tuân thủ môi trường: Yêu cầu RoHS và REACH.

 

 

Tài liệu PPAP Cấp 3 điển hình cần thiết chocụm tiếp xúc hàn?

PPAP Cấp 3 thường yêu cầu hồ sơ thiết kế hiện hành, quy trình xử lý, PFMEA, kế hoạch kiểm soát, kết quả kích thước, kết quả kiểm tra vật liệu và hiệu suất, bằng chứng MSA, dữ liệu khả năng xử lý, bộ phận mẫu và PSW, tùy theo yêu cầu gửi cụ thể của khách hàng.

 

Làm cách nào để chọn hàn siêu âm cho dây bện đồng thay vì hàn điện trở?

Hàn siêu âm thường được xem xét khi bện đồng yêu cầu cố định sợi với khả năng gia nhiệt số lượng lớn hạn chế. Hàn điện trở phù hợp hơn khi mối nối yêu cầu vùng nhiệt hạch xác định trong các bộ phận được dập dày hơn.

 

Làm thế nào để kiểm tra điện trở trên một tiếp điểm bằng đồng được hàn?

Phương pháp đo Kelvin bốn{0}}dây thường được sử dụng cho các mối nối có điện trở-thấp. Thông số kỹ thuật thử nghiệm phải xác định dòng điện, vị trí đầu dò, nhiệt độ, điều kiện ổn định, tần số lấy mẫu và điện trở khớp tối đa cho phép.